生活垃圾焚烧发电厂全工艺烟气净化处理系统

2022-10-14孙艳红王子琪

电力安全技术 2022年8期

孙艳红，徐源，王子琪

(1.中电国际新能源海南有限公司，海南海口 571924；2.上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，上海 200240)

0 引言

为加强海南省国际自贸岛建设，促进海南省垃圾焚烧行业的环境管控和技术进步，海南省市场监督管理局组织制定了海南省地方标准DB 46/484—2019《生活垃圾焚烧污染控制标准》，该地方标准比国家标准GB 18485—2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》排放指标要求更严格，对海南省生活垃圾焚烧发电厂烟气净化工艺也提出了更高要求。因此，选择适宜的烟气净化技术对生活垃圾焚烧发电厂十分关键。

1 全工艺烟气净化处理系统

1.1 系统简介

海口市生活垃圾焚烧发电厂三期扩建项目处理能力为3×650 t/天，其烟气净化系统采取国内领先的全工艺烟气净化处理技术，采用选择性非催化还原(SNCR)、旋转喷雾半干法、干法脱酸、活性炭喷射吸附、布袋除尘器、1号烟气-烟气换热器(GGH)、湿法脱酸、蒸汽-烟气换热器(SGH)、选择性催化还原(SCR)及2号GGH的组合工艺，反应剂为氨水和消石灰，吸附剂为活性炭。

该烟气净化处理系统主要由SNCR脱NOx系统、半干反应塔系统、石灰浆制备系统、消石灰储存及喷射系统、活性炭储存及喷射系统、袋式除尘器系统、飞灰输送系统、飞灰稳定化系统、湿式洗涤塔系统、GGH系统、SCR脱NOx系统、烟气回流系统、引风机系统、烟气管道、配电系统、控制系统等组成。

1.2 工作原理

在全工艺烟气净化处理系统中，为了使烟气中NOx的排放降至限值以下，采用选择性非催化还原法(SNCR)工艺。选择性非催化还原法脱除NOx技术是把含有NHx基的还原剂(如氨水)喷入炉膛温度为850～1 000 ℃的区域，该还原剂迅速热分解成NH3及其他副产品，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2。

从余热锅炉出来190～220 ℃的烟气从半干反应塔顶部进入塔内，同时配制好的石灰浆液经高速旋转的雾化器均匀喷入反应塔。石灰浆与热烟气流中的HCl，SOx，HF等酸性气体发生反应。喷射的石灰浆液蒸发并将烟气冷却至150～160 ℃，同时生成干燥粉末状反应物CaCl2，CaF2，CaSO3，CaSO4等。该冷却过程还会使二噁英、呋喃和重金属凝结，一部分反应生成物从反应塔底部灰斗排出，经刮板机送入公用刮板输送机，再经斗提机和飞灰仓顶螺旋输送机后进入飞灰储仓，其余部分则随烟气离开半干反应塔。

在烟气进入袋式除尘器前，直接向烟气中喷射消石灰粉末和活性炭粉末。消石灰粉末与HCl，SOx等反应效果好，能有效去除烟气中剩余的酸性气体，而活性炭粉末能吸收烟气中Hg等重金属及二噁英、呋喃等污染物。

烟气夹带粉尘进入袋式除尘器后，烟气中的酸性气体继续和消石灰反应，活性炭也继续吸附烟气中的重金属、二噁英等。烟气中的粉尘、凝结的重金属、反应生成物、反应剂、吸附后的活性炭等各种颗粒附着在除尘器滤袋表面，经压缩空气反吹排入除尘器灰斗，再经除尘器刮板输送机送入公用刮板输送机，最后由斗提机及飞灰仓顶螺旋输送机进入飞灰储仓。

袋式除尘器出口温度约150 ℃的烟气从1号GGH下部原烟气入口进入，经过管程换热后温度降至约103.5 ℃，再从换热器的下部原烟气出口出来，进入到洗涤塔下半部烟气入口并在塔内向上运行。洗涤塔由下部的冷却部和上部的吸收减湿部组成，冷却液循环泵将塔底冷却液送至冷却部上方的喷嘴，向下喷入与逆流的烟气充分接触，将烟气温度从103.5 ℃逐渐降低其饱和温度65～67 ℃(减湿部)。20 %的烧碱溶液通过烧碱输送泵输送至冷却液循环管道中，将冷却液的pH值维持在6左右。在此过程中，烧碱溶液与烟气中的HCl，SO2等部分酸性气体反应，生成NaCl，NaF，Na2SO3，Na2SO4等盐类。另外，为使冷却液中盐的浓度保持在4 %，在冷却液循环管道上设置了盐浓度指示报警器，以便及时调整湿式洗涤塔底部出口的冷却液排出量。

烟气经洗涤塔冷却部冷却和吸收后进入洗涤塔上部的吸收减湿部。从减湿液水箱来的减湿水由减湿水循环泵经热交换器降温后，输送至吸收减湿部上方喷嘴向下喷入，均匀地经过填料床与烟气充分接触后，再回到减湿水槽形成循环。加入烧碱溶液可将减湿水pH值维持在7左右。在吸收减湿部，烟气温度进一步下降，烟气含水量随之降低。这样可在减少烟囱冒“白烟”的同时，借助低温有利于碱液对酸性气体吸收的特点，使烟气中的酸性气体含量进一步降低。净化后约63 ℃的烟气经塔顶除雾器进入烟气换热器壳程，加热至约112 ℃。

烟气经1号GGH加热后进入2号GGH，加热至150 ℃，再经SGH加热到180 ℃后进入SCR反应塔。烟气中的NOx在低温催化剂作用下与NH3反应，净化后的烟气经2号GGH换热升温后通过引风机排入大气。

1.3 系统特点

(1) 设置有防止烟囱冒“白烟”的监测功能。

(2) 采用烟气再循环系统。为降低焚烧炉出口烟气中的NOx浓度，通过烟气再循环系统从布袋除尘器出口引入部分烟气，回流至焚烧炉注入，降低烟气的氧含量，减少NOx生成。为此，设置3条烟气净化线，与3条焚烧线对应。消石灰、活性炭喷射系统、氢氧化钠溶液制备系统等公共设施的设置能满足3条烟气净化线的要求。

(3) 多点在线监测控制。烟气脱酸、除尘系统中各种药剂和冷却水流量分别由袋式除尘器出口烟气在线分析仪、半干反应塔出口温度测点进行控制。

(4) 飞灰输送、储存与排出控制。飞灰输送及储存系统的飞灰部分由反应塔底部灰斗排出，其余由除尘器灰斗排出，经输送机送入公用刮板输送机，由斗提机及飞灰仓顶螺旋输送机进入飞灰储仓。

(5) 飞灰稳定化工艺提升。飞灰稳定化系统选用“飞灰+螯合剂+水”的飞灰稳定化工艺，技术成熟、工艺简单、成本较低，飞灰稳定化后性质稳定，完全能满足国家标准GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》的要求，可进入生活垃圾填埋场填埋。

(6) 锅炉烟气量、粉尘及污染物浓度作为额定工况进行设备设计和选型。计算脱酸设备的烟气量时，总体要求排烟温度在190～220 ℃波动时必须保证设备正常运行，污染物排放符合海南省地方标准，每条焚烧线各有一套独立完整的烟气处理系统，且各系统的运行互不影响，同时在烟气净化部分发生设备故障时，不得影响焚烧线正常运行。

(7) 采用先进的DCS控制系统。工程范围内所有监控对象全部纳入全厂DCS系统监控。

2 主要分系统设计要求

2.1 SNCR系统

SNCR系统主要包括氨水溶液储存系统、氨水溶液稀释系统和喷射系统，其中氨水溶液储存系统用于氨水储存，然后根据锅炉运行情况和NOx排放情况，由输送泵及在线稀释系统稀释成所需的浓度后送入喷射系统，由喷射系统实现各喷射单元的氨水溶液分配、雾化和计量。该系统设计时应特别关注以下几个方面。

(1) 为了提高脱NOx的效率并实现NH3泄漏最小化，应满足以下3个条件。

① 氨水溶液喷入的位置无火焰。

② 反应区域维持合适的温度(850～1 000 ℃)。

③ 反应区域达到50 % (可调)脱硝效果的停留时间(0.8 s，900 ℃)。

(2) SNCR系统应根据NOx和氨逃逸的设定值全自动调节喷量来满足排放要求。氨逃逸值小于8 mg/m3(11 % O2含量，干烟气)。

(3) 氨水溶液喷嘴应选择耐腐蚀、耐高温、雾化性能优异的产品，具有根据氨水溶液喷雾运行/停止或炉内温度连锁而实现插拔的功能。

2.2 石灰浆制备系统

石灰浆制备系统包括石灰储仓、石灰定量给料机、石灰浆制备槽、石灰浆储浆罐、石灰浆泵及连接各设备的管道、阀门和清洗设施等。该系统设计时应特别关注以下几个方面。

(1) 制浆罐入口水管设流量指示及控制；储浆罐设液位指示和低位报警；石灰浆泵出口管路设压力指示；喷雾反应器入口管路设流量指示和调节，流量根据烟气分析仪中HCl，SO2含量自动调节。

(2) 石灰浆溶液管道接头应采用法兰或其他机械连接，设清扫口或反冲洗接口；管道设置必要的控制阀门和测量仪表。

(3) 考虑石灰浆管路堵塞时的影响，应设置过负荷电流保护装置以及防止石灰浆管路发生堵塞和固着的设施。

2.3 脱酸反应塔系统

脱酸反应塔系统采用半干式反应塔，旋转雾化器位于喷雾反应器上部，从石灰浆配制系统来的石灰浆进入旋转雾化器，被雾化成平均约50 μm的微小液滴，该液滴与呈螺旋状向下运动的烟气形成顺流，并被巨大的烟气流裹带着向下运动，在此过程中，石灰浆与烟气中的HCl，HF，SO2等酸性气体充分接触并发生中和反应。该系统设计时应特别关注以下几个方面。

(1) 设计反应塔时考虑烟气在反应塔中有足够的滞留时间，保证出口烟气中的固态颗粒完全干燥、不贴壁。

(2) 灰斗出口配置破碎机及星型卸灰阀，下连刮板机，保证飞灰正常排出；灰斗应有足够的倾角(≥60°)以获得较好的流动性，应设置人孔、料位控制和防堵设施。为防止灰和盐结块，灰斗需设置电伴热，且应确保伴热设施能使锥体温度不低于110 ℃。